【正文】 殼體內(nèi)徑 Ds=600mm 殼體壁厚： cppDt S ??? ??? ][2 （ 50） t][? 為殼 體工作溫度下的許用應(yīng)力 ， 已知殼程設(shè)計溫度為 220℃ ， 則 tw220℃。十字形的走廊是為了裝設(shè)分程隔板 ， 故有殼程流體的泄漏和旁 流的問題 ， 共有239 個管孔 ， 其中 6 個孔為安裝拉桿用。 綜合比較以上幾種布管方式 ， 可采用組合排列形式 ， 中間 正方形 ， 其余 三角形 。用于小殼徑換熱器時比正三角形排列還緊湊 ， 靠近殼體的地方布管均勻。適用于不生污垢或可用化學清洗污垢以及允許壓降較高的工況； 轉(zhuǎn)角三角形。 其一邊與流向垂直 ， 是最常用的形式。其傳熱面積為： 20 mLNdF t ?????? ?? 管子排列方式 管子在管板上的排列方式 ， 應(yīng)力求均布、緊湊并考慮清掃和整體結(jié)構(gòu)的要求。由于水、油 腐蝕性不大 ， 故可采用碳鋼 ， 現(xiàn)選擇 20 號鋼的無縫鋼管。 圖 1 丁字形隔板 管子和傳熱面積 換熱管除要求具有足夠的強度外 ， 當采用脹管法固定時 ， 還要求管子有良好的塑性 ， 避免因脹接而產(chǎn)生裂縫。殼體分程采用縱向隔板。由于換熱器尺寸不大 ， 可以用一臺 ， 未考慮采用多臺組合使用。 管程換熱計算及流量計算 試選傳熱系數(shù)： k0=240 W/m2℃ （ 查表 ） 傳熱面積：由 ?? tNldF00? （ 8） 得 F0= m2 逆流平均溫差： CtttttN ??????????? 1920ln 1920)l n ( 小大 小大 （ 9） 參數(shù)： 19144175 1441632122 ???????? ????? tt ttP （ 10） 20214163 1551752211 ????????? ????? tt ttR （ 11） 溫差校正系數(shù)：按 2 殼程 4 管程查表得 ?? 有效平均溫差： Ctt Nm ???????? ? （ 12） 設(shè)計傳熱量： WtkFQ m 4 6 3 8 2 5 . 6 7 4 1 2021 ???????? （ 13） 浮頭式換熱器的設(shè)計 第 4 頁 (共 30 頁 ) 換熱效率：取 η = 油流量： hkgttCp QG / )( 111 01 ???? ??????? ? （ 14） 水流量： 02 2 2 2 3 6 0 0 7 8 6 2 4 4 3 4 4 8 4 /( ) 4 .3 2 1 9 1 0 0 0QG k g hC p t t ?? ? ??? ?? ? ? （ 15） 管程流通截面 （ 按 4 管程 ） ： 2222 )4400(4)4( mdNa it ???? ?? （ 16） 管程流速： 22 22 34484 0 . 7 8 9 /3 6 0 0 9 1 3 0 . 0 1 3 3 3 6 0 0Gw m sa?? ? ?? ? ? （ 17） 管程雷諾數(shù)： 5547810168 62222 ?? ???? ??? idw （ 18） 管程換熱系數(shù)： CmWdth i??????????/)()(3605)100/()(3605222 ? （ 19） 殼程換熱計算 折流板的設(shè)計：縱向折流板中間分程 ， 橫向安置弓形折流板 弓形折流板弓高： mDh s ???? （ 20） 折流板間距： mDB s ??? （ 21） 殼程流通截面： 201 ) ()1(21 msdBDa s ???????? （ 22） 殼程流速： 熱力計算 第 5 頁 (共 30 頁 ) smaGw / )360058231()3600( 1111 ???? ? （ 23） 殼程量流速 smkgwW 2111 / ???? ? （ 24） 殼程當量直徑： mdN dNDd t tse 220202 ?? ????? （ 25） 殼程雷諾數(shù)： 43053 411 ????? ?? ef dW （ 26） 切去弓形面積所占比例：查圖得 ?Tf aa （ 27） 殼程傳熱因子：查圖得 96?sj 管外壁溫度： ?1Wt假定后再復(fù)核 ， 設(shè) ?1Wt=160℃ 壁溫下的粘度： sPaW ??? ?? （ 28） 粘度修正系數(shù)： )()( 1???W??? （ 29） 殼程換熱系數(shù)： CmWjdkh s ????????? 231131011 / ? （ 30） 傳熱系數(shù) 水側(cè)污垢熱阻： 51 17 .2 10r ??? m2℃ /W 油側(cè)污垢熱阻： 52 52 .0 10r ??? m2℃ /W 管壁熱阻： r 忽略 總傳熱熱阻： 浮頭式換熱器的設(shè)計 第 6 頁 (共 30 頁 ) 0012122111 1 /iiddr r rh d h dm C W? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? （ 31） 傳熱系數(shù)： ??? ?rk j （ 32） 傳熱系數(shù)的比值： 4 0/ 0 6/ 0 ??kk j （ 33） 合適 管外壁熱流密度： 786244001 ????? ?? ldN Qq t=4118W/m2℃ （ 34） 管外壁溫度： )1(11111 rhqttW ???? 11 7 5 4 1 1 8 ( 0 .0 0 0 1 7 2 )5 8 3 .5? ? ? ?=℃ （ 35） 誤差校核： ????11 WWW ttt==℃ （ 36） 誤差不太大 ， 不再重算。由于時間和資料有限 ， 本人的認識也不夠全面 ， 在設(shè)計過程中可能還存在許多問題 ， 望老師們給予批評 和指正。然后按照設(shè)計的要求以及一系列國際標準進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 ， 在結(jié)構(gòu)設(shè)計時 ， 要 考慮許多因素 ， 例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、流體性質(zhì)以及 便于拆卸 等等 。 按照設(shè)計要求 ， 在結(jié)構(gòu)的選取上 ， 為了增大溫差校正系數(shù) ， 采用了 24 型 ， 即殼側(cè)兩程管側(cè)四程。浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于方便拆卸 ，清洗方便 ， 對于管子和殼體間溫差大、殼程介質(zhì)腐蝕性強、易結(jié)垢的情況很能適應(yīng)。 針對固定管板式與 U 型管式的缺陷 ， 浮頭式作了結(jié)構(gòu)上的改進 ， 兩端管板只有一端與外殼固定死 ， 另一端可相對殼體滑移 ， 稱為浮頭。分程隔板可將管程及殼程介質(zhì)分成多程 ， 以滿足工藝需要 。殼體一般為圓筒 形 ， 也可為方形。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。 因此出現(xiàn)了TEMA、 API660、 JISB8249 等一批管殼式換熱器標準 ， ISO 目前也正在與 API 聯(lián)手并會同有關(guān)國家編 ISO 管殼式換熱器標準。 [關(guān)鍵詞 ]： 換熱器 ； 浮頭 ； 管殼 熱力計算 第 1 頁 (共 30 頁 ) 浮頭式換熱器的設(shè)計 前言 浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種 ， 管殼式換熱器以其對溫度、壓力、介質(zhì)的適應(yīng)性 ， 耐用性及經(jīng)濟性 ， 在換熱設(shè)備中始終占有約 70%的主導地位。然后按照設(shè)計的要求以及一系列國際標準進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 ， 之后對有些部件 結(jié)構(gòu)通過計算進行強度 優(yōu)化 ， 最后提出一些制造與安裝方面的問題。 本文對浮頭式換熱器進行了整體的設(shè)計 ， 按照設(shè)計 要求 ， 在結(jié)構(gòu)的選取上 ， 采用了 24 型 ， 即殼側(cè)兩程 ， 管側(cè)四程。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束 ， 因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力 ， 另外浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于拆卸 方便 ， 易清洗。 Ⅱ 八 、指導教師審查意見 Ⅶ 浮頭式換熱器的設(shè)計 學 生： 周何清 武漢科技大學 指導老師： …… 武漢科技大學 [摘要 ] 本次設(shè)計的題目為浮頭式換熱器。 熟練掌握各方面的知識。 該換熱器推薦用于氦技術(shù)和 冷卻工藝。所以關(guān)鍵是要選取最佳的接觸寬度 ， 也就是繞絲時管子變形留下的痕跡的寬度。但若利用金屬絲作為筋條 （ 翅片 ） 以增加換熱面積時 ，只有當非釬焊筋條的有效傳熱面不小于釬焊連接時 ， 才應(yīng)更偏重于此方法。 俄羅斯推薦一種新方法制造繞絲筋管 ， 即借助在管子上纏繞和拉緊金屬絲 時產(chǎn)生的機械接觸來固定筋條。但這種方法對整個設(shè)備的質(zhì)量有一系列的影響 ， 因為釬焊法必將從換熱中 “ 扣除 ” 很大一部分管子和金屬絲的表面。估計在化工、石油化工行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。凡是用管殼式換熱 器和傳統(tǒng)裝置之處均可用此種換熱器取代。組裝換熱器時也可采用螺旋扁管與光管混合方式。 由于管子結(jié)構(gòu)獨特使管程與殼程同時處于螺旋運動 ， 促進了湍流程度。螺旋扁管的制造過程包括了 “ 壓扁 ” 與 “ 熱扭 ” 兩個工序。 Ⅱ （ 3） 、新型麻花管換熱器 Alares 公司開發(fā)了一種扁管 換熱器 ， 通常稱為麻花管換熱器。 螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對寬的工藝條件。相鄰折流板的周邊相接 ， 與外圓處成連續(xù)螺旋狀。此種結(jié)構(gòu) 克服了普通折流板的主要缺點。 為此 ， 美國提出了一種新方案 ， 即建議采用螺旋狀折流板。 對普通折流板幾何形狀的改進 ， 是發(fā)展殼程的第一步。其后果是 ， 與活塞流相比 ， 弓形折流板會降低凈傳熱。而這些死角又能造成殼程結(jié)垢加劇 ， 對傳熱效率不利。 （ 2） 、螺旋折流板換熱器 在管殼式換熱器中 ， 殼程通常是一個薄弱環(huán)節(jié)。 因而氣動噴涂法不但可用于成型 ， 還可用來將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上 ， 也可用來對普通翅片的底面進行補充加固。 對過渡區(qū)試片的分析表明 ， 連接邊界的整個長度上 無不嚴密性的微裂紋。 將研究的翅片的效率與計算數(shù)據(jù)進行比較 ， 得出的結(jié)論是：氣動噴涂翅片的底面的接觸阻力對效率無實質(zhì)性影響。試驗是采用在翅片表面噴涂 ac－鋁 ， 并添加了 24a Ⅱ 白色電爐氧化鋁。 通常在實踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。其實質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升 ， 但管殼式換熱器仍將占主導地位。 70 年代中期 ， 為了進一步減小換熱器的體積 ， 減輕重量和金屬消耗 ， 減少換熱器消耗的功率 ， 并使換熱器能 夠在較低溫差下工作 ， 人們更是采用各種科學的辦法來增強換熱器內(nèi)的傳熱。 60 年代左右 ， 由于空間技術(shù)和尖端科學的迅速發(fā)展 ， 迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器 ， 再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展 ， 換熱器制造工藝得到進一步完善 ， 從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 30 年代末 ， 瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器 ， 用于紙漿工廠。 30 年代初 ， 瑞典首次制成螺旋板換熱器。 國外換熱器發(fā)展前景 在國外二十世紀 20 年代出現(xiàn)板式換熱器 ， 并應(yīng)用于食品工業(yè)。國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展帶來的良好機遇 ， 以及進口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù)示著我國換熱器行業(yè)良好的發(fā)展前景。換熱器臺數(shù)的選擇和單臺能力的確定應(yīng)適應(yīng)熱負荷的分期增長 ， 并考慮供熱的可靠性。生活熱水系統(tǒng)的換熱器應(yīng)易于清除水垢 ， 以上要求常常相互制約 ， 難于同時滿定 ， 因此應(yīng)視具體情況 ， 在換熱器的選型和設(shè)計中有所側(cè)重 ， 滿足工程對換熱器的主要要求。要便于制造、安裝和檢修 。要有足夠的機械強度 ， 抗腐蝕和抗損壞能力要強 ， 維護工作量要少 。換熱器的熱損失要少 ， 換熱效率要高 。換熱器的作用不同 ， 其設(shè)計、選型、運行工況也各不相同。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。 近年來 ， 隨著制造技術(shù)的進步 ， 強化換熱元件的開發(fā) ， 使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展 ， 根據(jù)不同的工藝條件與工況設(shè)計制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器 ， 也取得了較大的經(jīng)濟效益。當然現(xiàn)在各式換熱器的設(shè)計各有新穎之處 ， 結(jié)構(gòu)上各具特色。例如 ，排除不凝氣體的影響 ， 順利地排除冷凝液等。都是高效換熱元件。換熱效率同比提升 30%， 但此時 Ⅱ 流動阻力也會增加。按光面計算則換熱系數(shù)可高 1~2 倍。在管外加螺旋線圈 ， 由于表面張力使凝結(jié)液流到金屬螺旋線圈的底部而排出 ， 上部及四周液膜變薄 ， 從而凝結(jié)換熱系數(shù)有時甚至可提高 2 倍。 應(yīng)用螺旋槽管和管外加螺旋線圈。有時當液膜流速較低時 ，粗糙壁面還會滯留液膜 ， 對換熱反而不利。實驗證明 ， 當粗糙高度為 時 ， 水蒸氣的凝結(jié)換熱系數(shù)可提高 90%。用電鍍法在表面涂一層貴金屬 ， 如金、鉑、鈀等效果很好 ， 缺點是價格昂貴。 1. 管外凝結(jié)換熱的強化 （ 1） 冷卻表面的特殊處理 對冷卻表面的特殊處理 ， 主要是為了在冷卻表面上產(chǎn)生珠狀凝結(jié)。其主要方法歸結(jié)為下述兩個原理：溫度邊界層減勃和調(diào)換傳熱面附近的流體。所謂提高換熱器性能 ， 就是提高其傳熱性能。所以這些